JPH0714077B2 - 薄膜太陽電池の製造方法 - Google Patents
薄膜太陽電池の製造方法Info
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- JPH0714077B2 JPH0714077B2 JP63085940A JP8594088A JPH0714077B2 JP H0714077 B2 JPH0714077 B2 JP H0714077B2 JP 63085940 A JP63085940 A JP 63085940A JP 8594088 A JP8594088 A JP 8594088A JP H0714077 B2 JPH0714077 B2 JP H0714077B2
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- layer
- solar cell
- cvd method
- amorphous silicon
- thin film
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/545—Microcrystalline silicon PV cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells
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- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、非晶質シリコン(以下a−Siと略す)を主材
料とし、p−i−n接合構造により光電変換をする薄膜
太陽電池の製造方法に関する。
料とし、p−i−n接合構造により光電変換をする薄膜
太陽電池の製造方法に関する。
非晶質半導体、特にa−Si薄膜を用いた薄膜太陽電池は
大面積化が容易,原料コストが小さくてすむといった利
点をもち、低コスト太陽電池として期待されている。通
常a−Si太陽電池はガラスなどの透光性の基板にSnO2な
どの透明かつ導電性のある透明導電膜によって透明電極
を形成し、その上にグロー放電分解を利用したプラズマ
CVD法によりp形,i質,n形のa−Si層を順次形成し、さ
らにAlやAgなどの金属電極を真空蒸着法やスパッタリン
グ法により形成することにより製造される。
大面積化が容易,原料コストが小さくてすむといった利
点をもち、低コスト太陽電池として期待されている。通
常a−Si太陽電池はガラスなどの透光性の基板にSnO2な
どの透明かつ導電性のある透明導電膜によって透明電極
を形成し、その上にグロー放電分解を利用したプラズマ
CVD法によりp形,i質,n形のa−Si層を順次形成し、さ
らにAlやAgなどの金属電極を真空蒸着法やスパッタリン
グ法により形成することにより製造される。
しかし、プラズマCVD法により形成されたa−Si膜は光
照射下において膜質が劣化し、その中でi層の膜質の劣
化が原因となって太陽電池の効率が低下する現象(ステ
ブラー・ロンスキー効果)が問題となっていた。これに
対し、熱CVD法によって形成されたa−Si膜は光による
膜質の劣化が小さく、このため太陽電池としての効率の
低下がない。
照射下において膜質が劣化し、その中でi層の膜質の劣
化が原因となって太陽電池の効率が低下する現象(ステ
ブラー・ロンスキー効果)が問題となっていた。これに
対し、熱CVD法によって形成されたa−Si膜は光による
膜質の劣化が小さく、このため太陽電池としての効率の
低下がない。
熱CVD法は、反応室を大気圧もしくはHeまたはH2雰囲気
中において450〜500℃の成膜温度に昇温したのち、反応
ガスを導入して分解させ、サセプタ上にセットされた基
板上に堆積させる。a−Si膜成膜のための反応ガスとし
てはS2H6を主ガスとしてHeまたはH2を希釈ガスとして用
い、n層を形成する場合にはこれにPH3を加え、p層を
形成する場合にはB2H6および透光性をよくするためにC2
H2などを加える。
中において450〜500℃の成膜温度に昇温したのち、反応
ガスを導入して分解させ、サセプタ上にセットされた基
板上に堆積させる。a−Si膜成膜のための反応ガスとし
てはS2H6を主ガスとしてHeまたはH2を希釈ガスとして用
い、n層を形成する場合にはこれにPH3を加え、p層を
形成する場合にはB2H6および透光性をよくするためにC2
H2などを加える。
しかし、この方法によって製造された太陽電池は光によ
る特性の劣化はないが、成膜温度が450〜500℃と高いた
め、i層内へのn層,p層からの不純物の拡散、特に光入
射側の層からの不純物の拡散が問題となり、高い効率が
得られないという問題があった。
る特性の劣化はないが、成膜温度が450〜500℃と高いた
め、i層内へのn層,p層からの不純物の拡散、特に光入
射側の層からの不純物の拡散が問題となり、高い効率が
得られないという問題があった。
本発明の課題は、光による劣化を抑えると共に、不純物
の拡散による効率の低下を抑えることのできる薄膜太陽
電池の製造方法を提供することにある。
の拡散による効率の低下を抑えることのできる薄膜太陽
電池の製造方法を提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明によれば、基板上
に、非晶質シリコンの一導電形の層と非晶質シリコンの
実質的に真性な層とを、その順に熱CVD法により形成す
る工程と、前記非晶質シリコンの実質的に真性な層の上
に、非晶質シリコンを主材料とする他導電形の層をプラ
ズマCVD法により形成する工程と、前記非晶質シリコン
を主材料とする他導電形の層の上に、微結晶シリコン層
とSiNの一導電形の層と非晶質シリコンの実質的に真性
な層と非晶質シリコンの他導電形の層とを、その順にプ
ラズマCVD法により形成する工程と、を含むこととす
る。
に、非晶質シリコンの一導電形の層と非晶質シリコンの
実質的に真性な層とを、その順に熱CVD法により形成す
る工程と、前記非晶質シリコンの実質的に真性な層の上
に、非晶質シリコンを主材料とする他導電形の層をプラ
ズマCVD法により形成する工程と、前記非晶質シリコン
を主材料とする他導電形の層の上に、微結晶シリコン層
とSiNの一導電形の層と非晶質シリコンの実質的に真性
な層と非晶質シリコンの他導電形の層とを、その順にプ
ラズマCVD法により形成する工程と、を含むこととす
る。
i層を熱CVD法で形成するので光による膜質の劣化が少
なくi層の光の入射側の層を低温でのプラズマCVD法で
成膜するのでその層とi層との界面を通じての不純物の
拡散が抑制され、太陽電池の特性を左右するその間の接
合への影響がなく、高効率が得られる。また、微結晶シ
リコン層は二つのpin構造のセルを、pn接合を介するこ
となく接続することができる。さらに、SiNは、光学ギ
ャップが大きく光の吸収が少ないので、光の透過率が高
まる。
なくi層の光の入射側の層を低温でのプラズマCVD法で
成膜するのでその層とi層との界面を通じての不純物の
拡散が抑制され、太陽電池の特性を左右するその間の接
合への影響がなく、高効率が得られる。また、微結晶シ
リコン層は二つのpin構造のセルを、pn接合を介するこ
となく接続することができる。さらに、SiNは、光学ギ
ャップが大きく光の吸収が少ないので、光の透過率が高
まる。
第1図は本発明の基礎となる例によって製造された薄膜
太陽電池の断面を示し、ガラス板上にAgを真空蒸着した
導電性基板11の上に熱CVD法によるn形a−Si層12,i質
a−Si層13が積層され、その上にプラズマCVD法による
炭素を加えたp形a−SiC層14を成膜したp−i−n構
造を有する。p層14の上には透明導電膜15を介してAlか
らなる集電電極16を設けたものである。この太陽電池は
第2図に示す装置を用いて製造した。
太陽電池の断面を示し、ガラス板上にAgを真空蒸着した
導電性基板11の上に熱CVD法によるn形a−Si層12,i質
a−Si層13が積層され、その上にプラズマCVD法による
炭素を加えたp形a−SiC層14を成膜したp−i−n構
造を有する。p層14の上には透明導電膜15を介してAlか
らなる集電電極16を設けたものである。この太陽電池は
第2図に示す装置を用いて製造した。
第2図の装置は前室21,熱CVD室22,プラズマCVD室23およ
び後室24が連結されたもので、各室を通じてサセプタ3
に支持された基板11を搬送ローラ4により移動させるこ
とができる。先ず基板11をバルブ51を開いて排気バルブ
61を介して排気された前室(ロードロック室)21に入
れ、次いで仕切りバルブ52を開いてヒータ71,72を備え
た熱CVD室22に搬入し、50TorrのH2雰囲気中で480℃に加
熱した。真空引きを経て、反応ガス導入バルブ62を開
け、Si2H6,He,PH3の混合ガスを導入し、圧力を50Torrに
調節してa−Siのn層12を300Åの厚さに形成した。膜
形成後は素早くガス導入バルブ62を閉じ排気ベベル63を
介して排気を行った。次に、再び反応ガス導入バルブ62
を開け、Si2H6,Heの混合ガスを導入し、50Torrの圧力で
a−Siのi層13を6000Åの厚さに形成した。その後、真
空引きを経て仕切りバルブ53を開き、ヒータ73および高
周波電極8を有するプラズマCVD室23に搬入し、50Torr
のH2の雰囲気中で降温を行い、基板温度を200℃にし
た。そして排気バルブ65を介して真空引きの後、反応ガ
ス導入バルブ64を開け、H2,SiH4,CH4,B2H6を導入
し、圧力を0.5Torrに保ち高周波電極8に13.56MHzの高
周波電圧を印加し、グロー放電分解法によりa−SiCの
p層14を150Åの厚さに形成した。これを仕切りバルブ5
4を開いて後室に移してから外部へ取り出し、SnO2を蒸
着することによって作製された太陽電池の100mW/cm2の
光照射時のセル特性を第3図の線31として示す。線32は
p,i,n層すべてを熱CVD法により形成した太陽電池の特性
である。線31で示した太陽電池の効率は7.4%であり、
線32で示した太陽電池の効率は5.6%である。このこと
から本発明の基礎となる例の方法を採用することにより
熱CVD法による不純物拡散がなく、効率の向上がはから
れることがわかった。また、この二つの太陽電池に100m
W/cm2の光を100時間照射したが、共に劣化はみられなか
った。
び後室24が連結されたもので、各室を通じてサセプタ3
に支持された基板11を搬送ローラ4により移動させるこ
とができる。先ず基板11をバルブ51を開いて排気バルブ
61を介して排気された前室(ロードロック室)21に入
れ、次いで仕切りバルブ52を開いてヒータ71,72を備え
た熱CVD室22に搬入し、50TorrのH2雰囲気中で480℃に加
熱した。真空引きを経て、反応ガス導入バルブ62を開
け、Si2H6,He,PH3の混合ガスを導入し、圧力を50Torrに
調節してa−Siのn層12を300Åの厚さに形成した。膜
形成後は素早くガス導入バルブ62を閉じ排気ベベル63を
介して排気を行った。次に、再び反応ガス導入バルブ62
を開け、Si2H6,Heの混合ガスを導入し、50Torrの圧力で
a−Siのi層13を6000Åの厚さに形成した。その後、真
空引きを経て仕切りバルブ53を開き、ヒータ73および高
周波電極8を有するプラズマCVD室23に搬入し、50Torr
のH2の雰囲気中で降温を行い、基板温度を200℃にし
た。そして排気バルブ65を介して真空引きの後、反応ガ
ス導入バルブ64を開け、H2,SiH4,CH4,B2H6を導入
し、圧力を0.5Torrに保ち高周波電極8に13.56MHzの高
周波電圧を印加し、グロー放電分解法によりa−SiCの
p層14を150Åの厚さに形成した。これを仕切りバルブ5
4を開いて後室に移してから外部へ取り出し、SnO2を蒸
着することによって作製された太陽電池の100mW/cm2の
光照射時のセル特性を第3図の線31として示す。線32は
p,i,n層すべてを熱CVD法により形成した太陽電池の特性
である。線31で示した太陽電池の効率は7.4%であり、
線32で示した太陽電池の効率は5.6%である。このこと
から本発明の基礎となる例の方法を採用することにより
熱CVD法による不純物拡散がなく、効率の向上がはから
れることがわかった。また、この二つの太陽電池に100m
W/cm2の光を100時間照射したが、共に劣化はみられなか
った。
第4図は本発明の実施例を示す。前述の実施例の方法に
よって得られた熱シリコン法によるa−Siのn層12,i層
13,プラズマCVD法によるa−SiCのp層14の上にすべて
プラズマCVD法により微結晶シリコン層10,SiNのn層17,
a−Siのi層18,p層19を積層し、SnO2膜15を蒸着するこ
とによりタンデムセルを作製したものである。微結晶シ
リコン層10は二つのp−i−n構造のセルをpn接合を介
さないで接続するためのものであり、SiNは光学ギャッ
プが大きく光の吸収が少ないのでn層17に用いて光の透
過率を高めた。このタンデムセルを第2図に示したよう
な連続成膜装置で製造する際は、i層18への不純物の混
入を避けるため、プラズマCVD室23の隣接してもう一つ
のプラズマCVD室を設けi層18のみをその室で成膜する
必要がある。各層の膜厚は、微結晶シリコン層10が700
Å,SiNのn層17が150Å,a−Siのi層が1100Å,p層が150
Åである。この太陽電池の100mW/cm2の光照射下におけ
るセル特性を第5図の線33として示す。線34は、各層の
膜厚を本発明によるものと同じにして、すべてグロー放
電分解法で形成したタンデムセルのセル特性である。線
33で示した本発明の実施例のタンデムセルの効率は8.2
%であり、線34で示したすべての膜をグロー放電解法で
形成した従来のタンデムセルの効率は9.5%であった。
効率的には従来のものに及ばないが、短絡光電流は従来
のもの7.5mAに対して本発明によるもの8.6mAと大きくな
っている。これは熱CVD法によるa−Si膜の光学ギャッ
プが1.5〜1.6eVであり、グロー放電分解法によるa−Si
膜の光学ギャップ1.7〜1.8eVよりも小さいために、これ
を組み合わせてタンデムセルにすることにより、単一の
膜形成法で作製したタンデムセルよりも光のスペクトル
を有効に利用することができるためである。さらに、二
つのタンデムセルに100時間100mW/cm2の光照射を行った
ところ従来のタンデムセルの効率が9.5%から9.0%に劣
化したのに対し、本発明によるタンデムセルは全く劣化
しなかった。このことから、本発明によるタンデムセル
は上段のセルは従来のセルであるに拘らず信頼性におい
てすぐれていることがわかった。
よって得られた熱シリコン法によるa−Siのn層12,i層
13,プラズマCVD法によるa−SiCのp層14の上にすべて
プラズマCVD法により微結晶シリコン層10,SiNのn層17,
a−Siのi層18,p層19を積層し、SnO2膜15を蒸着するこ
とによりタンデムセルを作製したものである。微結晶シ
リコン層10は二つのp−i−n構造のセルをpn接合を介
さないで接続するためのものであり、SiNは光学ギャッ
プが大きく光の吸収が少ないのでn層17に用いて光の透
過率を高めた。このタンデムセルを第2図に示したよう
な連続成膜装置で製造する際は、i層18への不純物の混
入を避けるため、プラズマCVD室23の隣接してもう一つ
のプラズマCVD室を設けi層18のみをその室で成膜する
必要がある。各層の膜厚は、微結晶シリコン層10が700
Å,SiNのn層17が150Å,a−Siのi層が1100Å,p層が150
Åである。この太陽電池の100mW/cm2の光照射下におけ
るセル特性を第5図の線33として示す。線34は、各層の
膜厚を本発明によるものと同じにして、すべてグロー放
電分解法で形成したタンデムセルのセル特性である。線
33で示した本発明の実施例のタンデムセルの効率は8.2
%であり、線34で示したすべての膜をグロー放電解法で
形成した従来のタンデムセルの効率は9.5%であった。
効率的には従来のものに及ばないが、短絡光電流は従来
のもの7.5mAに対して本発明によるもの8.6mAと大きくな
っている。これは熱CVD法によるa−Si膜の光学ギャッ
プが1.5〜1.6eVであり、グロー放電分解法によるa−Si
膜の光学ギャップ1.7〜1.8eVよりも小さいために、これ
を組み合わせてタンデムセルにすることにより、単一の
膜形成法で作製したタンデムセルよりも光のスペクトル
を有効に利用することができるためである。さらに、二
つのタンデムセルに100時間100mW/cm2の光照射を行った
ところ従来のタンデムセルの効率が9.5%から9.0%に劣
化したのに対し、本発明によるタンデムセルは全く劣化
しなかった。このことから、本発明によるタンデムセル
は上段のセルは従来のセルであるに拘らず信頼性におい
てすぐれていることがわかった。
以上の実施例では光の入射側にp層を有するp−i−n
接合構造であるが、層の順序を逆にし基板側からp層,i
層を熱CVD法で積層しその上のn層あるいは上段のp,i,n
層をプラズマCVD法で積層した場合も同じ効果を示す。
接合構造であるが、層の順序を逆にし基板側からp層,i
層を熱CVD法で積層しその上のn層あるいは上段のp,i,n
層をプラズマCVD法で積層した場合も同じ効果を示す。
第6図は熱CVD法のみを分離して行う装置を示し、反応
室22には反応ガス流に対して傾斜して基板11を支持し、
ヒータを内蔵するサセプタ3を備え反応ガス導入バルブ
62と各原料ガスボンベに接続されるバルブ60の間にはフ
ィルタ9が挿入されている。反応室22内を排気バルブ63
から真空排気するか、ボンベからHeあるいはH2のみを高
速で導入して室内の空気を排出したのち、成膜すべき膜
種に応じて選択される原料ガスボンベのバルブ60を開い
て基板11上に所望の薄膜を堆積させる。
室22には反応ガス流に対して傾斜して基板11を支持し、
ヒータを内蔵するサセプタ3を備え反応ガス導入バルブ
62と各原料ガスボンベに接続されるバルブ60の間にはフ
ィルタ9が挿入されている。反応室22内を排気バルブ63
から真空排気するか、ボンベからHeあるいはH2のみを高
速で導入して室内の空気を排出したのち、成膜すべき膜
種に応じて選択される原料ガスボンベのバルブ60を開い
て基板11上に所望の薄膜を堆積させる。
本発明によれば、上記の方法を採用した結果、高効率で
高信頼性の薄膜太陽電池を製造することができ、特に、
熱CVD法による非晶質シリコン膜の光学ギャップが1.5〜
1.6eVであり、グロー放電分解法による非晶質シリコン
の光学ギャップ(1.7〜1.8eV)よりも小さいため、両者
を組み合わせてタンデムセルにすることにより、単一の
膜形成法で作製したタンデムセルよりも光のスペクトル
を有効に利用することができ、短絡光電流の値を大きく
することができる。
高信頼性の薄膜太陽電池を製造することができ、特に、
熱CVD法による非晶質シリコン膜の光学ギャップが1.5〜
1.6eVであり、グロー放電分解法による非晶質シリコン
の光学ギャップ(1.7〜1.8eV)よりも小さいため、両者
を組み合わせてタンデムセルにすることにより、単一の
膜形成法で作製したタンデムセルよりも光のスペクトル
を有効に利用することができ、短絡光電流の値を大きく
することができる。
第1図は本発明の参考例による薄膜太陽電池の断面図、
第2図はその製造装置の断面図、第3図は第1図に示し
た参考例による薄膜太陽電池と従来法による薄膜太陽電
池の出力特性図、第4図は本発明の実施例のタンデムセ
ルの断面図、第5図は第4図に示した実施例によるタン
デムセルと従来法によるタンデムセルの出力特性線図、
第6図は熱CVD法装置の一例を示す断面図である。 11:導電性基板、12:熱CVD法によるn形a−Si層、13:熱
CVD法によるi質a−Si層、14:プラズマCVD法によるp
形a−SiC層、15:透明導電膜、16:集電電極、22:熱CVD
室、23:プラズマCVD室、3:サセプタ。
第2図はその製造装置の断面図、第3図は第1図に示し
た参考例による薄膜太陽電池と従来法による薄膜太陽電
池の出力特性図、第4図は本発明の実施例のタンデムセ
ルの断面図、第5図は第4図に示した実施例によるタン
デムセルと従来法によるタンデムセルの出力特性線図、
第6図は熱CVD法装置の一例を示す断面図である。 11:導電性基板、12:熱CVD法によるn形a−Si層、13:熱
CVD法によるi質a−Si層、14:プラズマCVD法によるp
形a−SiC層、15:透明導電膜、16:集電電極、22:熱CVD
室、23:プラズマCVD室、3:サセプタ。
Claims (1)
- 【請求項1】基板上に、非晶質シリコンの一導電形の層
と非晶質シリコンの実質的に真性な層とを、その順に熱
CVD法により形成する工程と、 前記非晶質シリコンの実質的に真性な層の上に、非晶質
シリコンを主材料とする他導電形の層をプラズマCVD法
により形成する工程と、 前記非晶質シリコンを主材料とする他導電形の層の上
に、微結晶シリコン層とSiNの一導電形の層と非晶質シ
リコンの実質的に真性な層と非晶質シリコンの他導電形
の層とを、その順にプラズマCVD法により形成する工程
と、 を含むことを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63085940A JPH0714077B2 (ja) | 1988-04-07 | 1988-04-07 | 薄膜太陽電池の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63085940A JPH0714077B2 (ja) | 1988-04-07 | 1988-04-07 | 薄膜太陽電池の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01257375A JPH01257375A (ja) | 1989-10-13 |
JPH0714077B2 true JPH0714077B2 (ja) | 1995-02-15 |
Family
ID=13872758
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63085940A Expired - Fee Related JPH0714077B2 (ja) | 1988-04-07 | 1988-04-07 | 薄膜太陽電池の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0714077B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TW200908363A (en) * | 2007-07-24 | 2009-02-16 | Applied Materials Inc | Apparatuses and methods of substrate temperature control during thin film solar manufacturing |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS58191477A (ja) * | 1982-05-06 | 1983-11-08 | Mitsui Toatsu Chem Inc | 太陽電池の製法 |
-
1988
- 1988-04-07 JP JP63085940A patent/JPH0714077B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH01257375A (ja) | 1989-10-13 |
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